[发明专利]单片集成功率放大器和体声波滤波器的芯片结构及制备方法

说明书

本发明公开了一种单片集成功率放大器和体声波滤波器的芯片结构及制备方法，该结构中：功率放大器设置在硅衬底的上表面；体声波滤波器设置在硅衬底的下表面，包括串联谐振器、并联谐振器；通过硅通孔技术将体声波滤波器的电极引出至硅衬底的上表面，实现功率放大器与体声波滤波器的电气互联；封装盖帽分别设置在硅衬底的上下两面，通过共晶键合技术对两个封装盖帽分别进行封装，在硅衬底的上下两面均形成空腔，上表面的空腔中容纳功率放大器，下表面的空腔中容纳体声波滤波器，实现器件的集成封装。本发明提出的结构有效的节省了射频前端的面积和体积，减少了射频前端制作的成本，有助于射频系统的高度集成化和模块化。

技术领域

本发明涉及无线通讯领域，尤其涉及一种单片集成功率放大器和体声波滤波器的芯片结构及制备方法。

背景技术

终端设备的无线通信模块主要分为天线、射频前端模块(RF FEM)、射频收发模块、以及基带信号处理器四部分。其中射频前端是无线连接的核心，是在天线和射频收发模块间实现信号发送和接收的基础零件。

现有射频系统如图1所示，包括基带芯片、收发器、功率放大器(PA)、滤波器、双工器、射频开关、低噪声放大器(LNA)、天线等。其中基带芯片用于编解码移动通讯信号；收发器用于射频信号的变频、信道选择；功率放大器负责发射通道的射频信号放大；滤波器负责发射及接收信号的滤波；双工器负责FDD系统的双工切换以及接收/发送通道的射频信号滤波；射频开关负责接收、发射通道之间的切换；低噪声放大器主要用于接收通道中的小信号放大；天线用于发送和接收电磁波。

当射频系统处于发射状态时，开关的接收支路关闭发射支路打开，低噪声放大器处于关闭状态，从收发器发出的信号经过功率放大器(PA)放大，再通过滤波器滤除杂波，通过双工器后连接到开关的发射支路，信号通过天线发射出去；当射频部分处于接收状态时，开关的接收支路打开发射通道关闭，功率放大器关闭，低噪声放大器放大，放大后传递给收发器进行信号处理，完成信号接收。

功率放大器是射频系统的关键模块，它需要把发射机的低功率信号放大到足够大，才能满足通讯协议的要求。PA直接决定了手机无线通信的距离、信号质量，甚至待机时间，是射频系统中的重要部分。功率放大器的一般结构示意图如图2，主要包括晶体管、偏置电压电路、输入输出匹配电路。

晶体管是功率放大器具备放大能力的核心。其本质是表现为经典功放中的受控电流源或开关类功放中的等效开关来工作，它的任务是将不含信息的直流电源的功率转化为我们所需要的射频输出功率；偏置是晶体管工作必不可少的条件，对晶体管设置不同的偏置，其静态工作点就会不同，从而出现不同的工作模式；输入输出匹配电路主要用于改变功放的性能以及工作类型。

目前射频系统中使用的带通滤波器主要有介质陶瓷滤波器和声表面波(SAW)滤波器。由于介质陶瓷滤波器存在体积偏大和工艺兼容性差等问题，限制了其进一步的发展。尽管SAW滤波器能达到较高的Q值，几何尺寸也更小，但由于其叉指电极的指宽和间隙与工作频率成反比，增加了光刻工艺的难度，限制了其高频应用。薄膜体声波谐振器(FBAR)是一种全新的射频滤波器。FBAR器件尺寸远小于传统的基于电磁波的介质滤波器，其工作频率更高，且拥有更好的带外抑制性能和更低的插入损耗。相比于SAW滤波器，体声波滤波器在功率容量、滤波性能及频率温度系数等方面均有一定优势，而且其制作工艺与半导体工艺兼容，在吉赫兹以上的高频应用中，体声波(BAW)滤波器正成为最佳的选择。

随着LTE突飞猛进的发展，商用频段的不断增加，射频前端集成化是必然的趋势。集成化可以降低成本，提高性能，以及给系统集成商提供turn-key方案。射频前端集成存在单片集成和混合集成两个发展方向。目前通过混合集成(SiP封装)的形式更易实现，也是各大厂商重点着力的方向。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种单片集成功率放大器和体声波滤波器的芯片结构及制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：